CN101222798A - 发光二极管的驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种发光二极管(LED)的驱动电路，用以驱动多个LED发光，这些LED串联成多个LED串，驱动电路包含电源转换器、检测电路及回报电路，电源转换器提供驱动电压给LED串，而检测电路则检测每一LED串的串电压并与一预设的参考电压做对比，以得知此串电压是否与参考电压相异(即表示LED串工作在非预设状态下)，并送出检测讯号给回报电路，回报电路则接收检测讯号并输出控制讯号给电源转换器，以使电源转换器依控制讯号而调整驱动电压，以维持LED串的正常操作。

Description

发光二极管的驱动电路

技术领域

本发明为一种发光二极管的驱动电路，特别是一种用来驱动并联多条串联的发光二极管电路的发光二极管驱动电路。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode；LED)近年来已广泛应用于日常生活中，诸如显示器、家电装置、车用电子组件及照明灯具等等。以显示器为例，现有显示器包含有三色光灯组：红光(R)灯组、绿光(G)灯组及蓝光(B)灯组。在组装三色光灯组之前，必须先确定每一色光灯组中的LED灯泡是否具备相同的特性，其测试方式是先通过相同的电流，然后依照光强度、颜色、顺向偏压(Vf)是否相近以分类成三色光灯组。然而，显示器经过长时间使用后，常会发生某一色光灯组中的一发光二极管(LED，Light Emitting Device)灯泡亮度不足，导致整个色光灯组经R、G、B三色混光后，生成的白光会有亮度不均的现象。由于，LED色光灯组大多为模块化产品，要从诸多LED灯泡中找出发生问题的LED灯泡极为费时、费力。

为解决上述LED色光灯组无法实时侦测其中LED灯组的亮度的问题，美国专利公告号U.S.7,045,974号公开一种LED光量度检测及回授装置，请参照图1。图1是现有光亮度检测及回授装置的示意图。如图1所示，现有光亮度检测及回授装置包含有一亮度检测器20、一电源/电压转换器30、一模拟/数字转换器40、一运算处理器50及一驱动器组60。

亮度检测器20具有三个光敏晶体管22、24、26。电源/电压转换器30用以将光敏晶体管22、24、26所传来的电流讯号转换为电压讯号，再输出到模拟/数字转换器40。模拟/数字转换器40用以将电源/电压转换器30所传来的模拟(电压)讯号转换成数字讯号，再传送到运算处理器50。驱动器组60具有三个驱动IC62、64、66，当接收到运算处理器50所传来的控制指令后，驱动IC62、64、66即会对LED灯组70进行电流调整。此外，LED灯组70具有红光LED灯群、蓝光LED灯群及绿光LED灯群分别串联一性质相同的检测用红光LED、检测用蓝光LED及检测用绿光LED，以使光敏晶体管22、24及26可分别检测到LED灯组70的红光LED灯群、蓝光LED灯群及绿光LED灯群所发出光线亮度，再转换为电流值而传送至电源/电压转换器30。如此，当LED灯组70中某一色光的灯泡有异常状况时，电源/电压转换器30所接收光敏晶体管22、24及26传来的电流讯号经转换后，再由模拟/数字转换器40传送至运算处理器50，由于运算处理器50已存有红光LED灯群、蓝光LED灯群及绿光LED灯群的预设亮度参数值，经判读对比后即可检测出异常状况的灯泡属于哪一色光LED灯群，再命令驱动IC62、64、66其中之一予以补偿即可使LED灯组70发出亮度均匀的光线。

然而，LED灯组70虽可通过三个检测用LED而检测其红光LED灯群、蓝光LED灯群及绿光LED灯群的光线亮度，再由光敏晶体管22、24及26将三色光LED灯群的亮度值分别传送至电源/电压转换器30，但光敏晶体管22、24及26同时侦测三色光LED灯群的亮度值，而后再同步传送至电源/电压转换器30，当LED灯组70的灯群增加及灯群中的灯泡数目增加时，所对应匹配的光敏晶体管的数目也随之增加，如此，不仅会造成LED灯组70的顺向偏压(Vf)过大，且当LED灯组70中有多个灯泡或相异灯群中的灯泡有异常状况时，运算处理器50即无法正确地判断而调整LED等组的所需光线亮度补偿值。

此外，LED的顺向偏压(Vf)会随着LED使用的时间及使用时的温度而变化，例如，温度上升时，顺向偏压(Vf)即会下降，而若以定电压的方式驱动LED，则当顺向偏压下降时，其用来发光的电压即会增加，所产生的亮度即会比预期多；反之，若顺向偏压上升时，落在驱动IC(集成电路)的电压即增加，用来发光的电压即变小，故产生的亮度也较小，对需要稳定亮度的场合，是一项挑战，此外，前述顺向偏压的变动对驱动IC而言，负载也会变化。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明的目的在于提供一种发光二极管的驱动电路，用以对多串相互并联的发光二极管串提供驱动电压，并实时监控发光二极管串的串电压，以在串电压变化时，对驱动电压作适当的补偿，使得发光二极管串的发光亮度得以维持稳定。

此发光二极管的驱动电路用以承接电源并驱动多个发光二极管发光，该发光二极管串联成多个发光二极管串，发光二极管串之间采用并联方式电连接，该驱动电路包含有电源转换器，承接该电源并转换成一驱动电压提供给该发光二极管串；检测电路，电性耦接至该发光二极管串并具有至少一参考电压，该检测电路分别检测该发光二极管串的一串电压并与该参考电压进行对比，以输出一控制讯号；以及回报电路，电性耦接于该检测电路及该电源转换器以接收该控制讯号而输出至该电源转换器，该电源转换器接收该控制讯号并依据该控制讯号调整该驱动电压。

其中，当串电压大于参考电压时，电源转换器即提高驱动电压以驱动发光二极管串发光，而当串电压小于参考电压时，电源转换器即降低驱动电压。如此一来，驱动电压与发光二极管的顺向偏压之间即为一恒定的压降，即能使得驱动电路能够提供给发光二极管串相同的电压进行发光，故其产生的亮度将较为稳定。

以上关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明是用以示范与解释本发明的原理，并且对本发明的专利申请范围提供更进一步的解释。

附图说明

图1为现有光亮度检测及回授装置的示意图；

图2为本发明第一实施例的电路方块图；

图3为本发明第二实施例的电路方块图；

图4为本发明第二实施例的回报电路的控制讯号时序图；以及

图5为本发明第三实施例的电路方块图。

其中，附图标记：

20          亮度检测器

22、24、26  光敏晶体管

30          电源/电压转换器

40          模拟/数字转换器

50          运算处理器

60          驱动器组

62、64、66      驱动集成电路(IC)

70              发光二极管(LED)灯组

100             发光二极管的驱动电路

102             控制讯号

104             驱动电压

120             检测电路

122             串电压

124             检测讯号

130             回报电路

140             电源转换器

150             发光二极管群

151             发光二极管串

152             发光二极管

160             开关元件

170             内存

L1，L2，L3，L4  发光二极管串

L5，L6，L7，L8  发光二极管串

S1，S2          模拟电压值

具体实施方式

请参照图2，其为本发明第一实施例的电路方块图，图中可以看到本发明的发光二极管的驱动电路100是用以驱动一发光二极管群150，此发光二极管群150由多个相互并联的发光二极管串151所构成(图中以八个发光二极管串151构成一个发光二极管群150)，而每个发光二极管串151由多个相互串联的发光二极管152所构成，驱动电路100在驱动发光二极管群150时，可采用提供定电压或定电流的方式驱动，而本发明的驱动电路100是采用定电压方式驱动，并可以一次全数驱动发光，也可选择性地驱动特定发光二极管串151发光，并以依序反复驱动各发光二极管串151，即可达到使每个发光二极管串151均被驱动，同时，若切换的速度够快，例如切换时间小于1/30秒时，人眼将会觉得每个发光二极管152均为恒亮且未熄灭。

请继续参阅图2，图中可以看到驱动电路包含电源转换器140、回报电路130、检测电路120，其中电源转换器140承接外部电源(图中未示)并将其进行转换，而提供驱动电压104给该发光二极管串151，前述的转换动作视外部电源的特性而定，一般而言，若外部电源为直流电源，电源转换器140则进行电压转换并稳定输出驱动电压104，若外部电源为交流电源，电源转换器140进行交/直流转换、整流、降压及稳压后输出为驱动电压104。

检测电路120电性耦接至该些发光二极管串151，以分别检测该发光二极管串151的串电压122，而检测电路120具有至少一个参考电压(将在后面详述)，当检测电路120检测到串电压122时，即会将串电压与参考电压进行对比，以输出检测讯号124给回报电路130，供回报电路130进行后续的处理；

前述的参考电压可为该发光二极管串151在被驱动发光时的初始发光电压的平均值或者是该发光二极管串151在常态下稳定发光后的发光电压的平均值，其主要目的在于在系统中(驱动电路)预设发光二极管常态发光时的参考电压，以便在整个发光二极管群150在使用一段时间或者环境温度、操作温度变化时，其整个发光二极管串151的电压变化时，与之(参考电压)进行对比，再进一步调整，以维持发光二极管串151的发光亮度。

前述检测电路120的参考电压的产生可为直接从电源端取得一电源，并通过适当的分压电路或降压电路进行切换即可取得；其次，关于检测电路120将参考电压与串电压122进行对比的方式，可为但不限于以一比较器(Comparator)，只要将参考电压与串电压122作为比较器的两个输入端，而比较器的输出端即会产生前述检测讯号124。

关于前述回报电路130，其电性耦接于检测电路120及电源转换器140以接收检测讯号124而输出控制讯号102至电源转换器140，电源转换器140在接收控制讯号102并依据控制讯号102而调整驱动电压104；回报电路130回传给电源转换电路140的控制讯号102可为模拟讯号，也可为数字讯号，例如，若检测讯号124测得参考电压与串电压122具有2V的电压差，当采用模拟讯号方式时，则回报电路130传送的控制讯号102可直接以2V传送给电源转换器140，而若是以数字讯号来传送，则视数字讯号的分辨率，将2V的电压直接换成数字数值传给电源转换器140，并由电源转换器140进行解析控制讯号102并调整所输出的驱动电压104。

前述电源转换器140在接收到控制讯号102时，依据控制讯号102而调整驱动电压104，其调整原则为当串电压122大于参考电压时，电源转换器140即提高驱动电压104，其驱动电压104所提高的值为串电压122减参考电压；而当串电压122小于参考电压时，电源转换器140即降低驱动电压104，其驱动电压104所降低的值为参考电压减串电压122。

关于驱动电压104调整的原理，现举一例如下：若一个发光二极管串151具有10个发光二极管152，而每个发光二极管152的顺向偏压为0.9，且预计使每个发光二极管152工作在1.1V下发光，并假设每个发光二极管152的特性均一致，此时即设定参考电压为9V(10×0.9，即该发光二极管串151的顺向偏压的总和)，电源转换器140初始提供给发光二极管群150的驱动电压104即为11V，而当工作一段时间后，假设发光二极管152因发热或环境因素而使得顺向偏压下降至0.8，此时，电源转换器140的驱动电压104仍输出11V，但由于每一发光二极管152的顺向偏压降为0.8，故顺向偏压的总差值即为，0.1×10＝1.0V，此顺向偏压的总差值通常即落在与之串连的元件上(通常为IC，集成电路)，如此，除了此元件负载过大外，整体的发光效率不佳；在此情形的下，检测电路120即会检测出串电压122(串电压122即发光二极管串151工作时的顺向偏压的总和)仅有8V，经与参考电压(9V)进行对比后，两者相差1V，故输出代表1V的检测讯号124给回报电路130，回报电路130即输出代表1V的控制讯号102给电源转换器140，电源转换器140即会调整驱动电压104下降1V，到达10V，使整个系统的操作维持预设状态。

前述串电压122与参考电压的检测与设定基础为发光二极管串151的各个发光二极管152的顺向偏压总和，然而，在实施本发明时，也可采用前述与该发光二极管串151串联的元件的工作电压，例如，以上述例子而言，该串联的元件在正常工作时，其工作电压2V(11V-9V)，而当顺向偏压由0.9V降至0.8V时，其工作电压即变成3V(11V-8V)，如此一来落在该串联的元件的电压即上升了1V，也可将此电压的变化做为串电压122，并且，若串电压122采用此种检测基础时，对应的参考电压也需设定为3V，才使二者一致且具有对比意义。

前述的参考电压以整个系统均使用同一参考电压的方式执行，而为使参考电压更能代表正常工作状态下的串电压122，并消除发光二极管152与发光二极管152间的相异性，检测电路120还能具备有多个参考电压，每个参考电压即对应一个串电压122，如此一来，即使系统的调整更为精确，因此，此参考电压即为所对应的发光二极管串151的初始发光电压、或常态工作时的工作电压或常态工作时的顺向偏压，重点在于参考电压需与串电压122相互对应，方能达到本发明的效果。

再者，请继续参考图3，为本发明的第二实施例图，图中可以看见发光二极管串151对应有开关元件160，开关元件160电性耦接至发光二极管群150、回报电路130及检测电路120，回报电路130可选择性地导通该开关元件160之一，而使得电源转换器140驱动该被导通的发光二极管串151(为与该被导通的开关元件160对应的发光二极管串151)，如此一来，在同一时间点内，仅一个发光二极管串151被导通，而检测电路120也仅检测被导通的发光二极管串151的串电压122，并将之与参考电压进行对比，而输出检测讯号124给回报电路130，回报电路130即输出对应检测讯号124的控制讯号102给电源转换器140，电源转换器140即会调整驱动电压104以配合该被导通的发光二极管串151的串电压122(即工作时的顺向偏压的总和)。前述的开关元件160可为但不限于晶体管。

因此，在第二实施例中，回报电路130即会依顺序或往复式或任何顺序的方式导通一开关元件160，使与被导通的发光二极管串151被驱动，并由检测电路120、回报电路130而至电源转换器140连续操作而调整被导通的发光二极管串151的驱动电压104。

更详细地说，回报电路130在每一时间间隔即依序导通该发光二极管串151之一，在该时间间隔内，该电源转换器140驱动该被连通的该发光二极管串151，该检测电路120即检测该被导通的该发光二极管串151的该串电压122并与该参考电压进行对比，以输出该检测讯号124；其中时间间隔可为但不限于1/30秒，甚至时间间隔可以到达1/60秒或更小，以使得人眼在观视发光二极管群150时，不会有间断感，并感觉其为一连续发光的发光二极管群150。

请参考图4，其为本发明第二实施例的回报电路130的控制讯号102的时序图，其以八个发光二极管串151构成一个发光二极管群150为例，在此将该八个发光二极管串151编码依次为L1，L2，L3，L4，L5，L6，L7，L8，而回报电路130依前述顺序依次导通与该发光二极管串151对应的开关元件160，检测电路也依次检测出每一发光二极管串151的串电压122，并传送检测讯号124给回报电路130，回报电路即依图4的方式，依频率而送出控制讯号102，此例是以模拟讯号执行，图中可以看到，在T1时间点时，回报电路130输出一模拟电压值S1的控制讯号102，对应L1的发光二极管串151，在T2区间时，回报电路130输出一模拟电压值S2的控制讯号102，对应L2的发光二极管串151，其余以此类推；而图中的T1至T2的区间或T2至T3的区间即为前述的时间间隔，此时间间隔愈短，发光二极管群150发光的稳定度即愈高。

在图4中也可看出模拟电压值S1较模拟电压值S2大，此即表示L1的发光二极管串151的串电压122较L2的发光二极管串151的串电压122大，此时，电源转换器140即需依不同的控制讯号102，而调整对应的L1与L2的驱动电压104；其余也为相同原理，故不再赘述。

再者，请参阅图5，为本发明的第三实施例图，图中可以看到检测电路120另外电性耦接至一内存170，内存170存储有各发光二极管串151的参考电压，因此，当测电路120测得发光二极管串151的串电压122时，即自内存170中取得该发光二极管串151所对应的参考电压进行对比，而输出检测讯号，如此，也能达到前述的功能。此外，前述内存170也可采用可变电阻的方式执行。

最后，前述参考电压于检测电路120在检测到串电压122时即进行对比而输出一检测讯号124给回报电路，然而，除了此种作法外，也可将参考电压设置在回报电路130处，如此一来，检测电路120分别检测并输出该发光二极管串151的一串电压122，而回报电路130电性耦接于该检测电路120及该电源转换器140并具有至少一参考电压，回报电路130接收该串电压122并与参考电压进行对比而输出一控制讯号102至该电源转换器，电源转换器140接收该控制讯号102并依据该控制讯号102调整该驱动电压104。

虽然本发明以前述的实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明。在不脱离本发明的精神和范围内，所做的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。关于本发明所界定的保护范围请参考所附的权利要求书范围。

Claims (16)

1.一种发光二极管的驱动电路，用以承接电源并驱动多个发光二极管发光，该发光二极管分别串联成多串发光二极管串，该驱动电路包含：

一电源转换器，承接该电源并转换成一驱动电压提供给该发光二极管串；

一检测电路，电性耦接至该发光二极管串并具有至少一参考电压，该检测电路分别检测该发光二极管串的一串电压并与该参考电压进行对比，以输出一检测讯号；以及

一回报电路，电性耦接于该检测电路及该电源转换器以接收该检测讯号而输出一控制讯号至该电源转换器，该电源转换器接收该控制讯号并依据该控制讯号调整该驱动电压。

2.根据权利要求1所述的发光二极管的驱动电路，其中该回报电路选择性地导通该发光二极管串之一，以使该电源转换器驱动该被连通的该发光二极管串，该检测电路即检测该被导通的该发光二极管串的该串电压并与该参考电压进行对比，以输出该检测讯号。

3.根据权利要求2所述的发光二极管的驱动电路，其中该发光二极管串分别具有一开关元件，该回报电路分别电性耦接至该开关元件，从而该回报电路选择性地导通该开关元件而驱动该被导通的发光二极管串。

4.根据权利要求2所述的发光二极管的驱动电路，其中该回报电路在每一时间间隔即依序导通该发光二极管串之一，在该时间间隔内，该电源转换器驱动该被连通的该发光二极管串，该检测电路即检测该被导通的该发光二极管串的该串电压并与该参考电压进行对比，以输出该检测讯号。

5.根据权利要求4所述的发光二极管的驱动电路，其中该时间间隔为1/30秒。

6.根据权利要求1所述的发光二极管的驱动电路，其中该参考电压为各该发光二极管串的多个初始发光电压的平均值。

7.根据权利要求1所述的发光二极管的驱动电路，其中该检测电路包括多个该参考电压，该参考电压对应该发光二极管串，以分别与该被检测的发光二极管串的该串电压做对比。

8.根据权利要求7所述的发光二极管的驱动电路，其中各该参考电压为该参考电压所对应的该发光二极管串的一初始发光电压。

9.根据权利要求1所述的发光二极管的驱动电路，其中当该串电压大于该参考电压时，该电源转换器即提高该驱动电压。

10.根据权利要求9所述的发光二极管的驱动电路，其中该驱动电压所提高的值为该串电压减该参考电压。

11.根据权利要求1所述的发光二极管的驱动电路，其中当该串电压小于该参考电压时，该电源转换器即降低该驱动电压。

12.根据权利要求1所述的发光二极管的驱动电路，其中该控制讯号为一数字讯号。

13.根据权利要求1所述的发光二极管的驱动电路，其中该控制讯号为一模拟讯号。

14.一种发光二极管的驱动电路，用以承接电源并驱动多个发光二极管发光，该发光二极管串联成多个发光二极管串，该驱动电路包含：

一电源转换器，承接该电源并转换成一驱动电压提供给该发光二极管串；

一检测电路，电性耦接至该发光二极管串，该检测电路分别检测并输出该发光二极管串的一串电压；以及

一回报电路，电性耦接于该检测电路及该电源转换器并具有至少一参考电压，该回报电路接收该串电压并与该参考电压进行对比而输出一控制讯号至该电源转换器，该电源转换器接收该控制讯号并依据该控制讯号调整该驱动电压。

15.根据权利要求14所述的发光二极管的驱动电路，其中当该串电压大于该参考电压时，该电源转换器即提高该驱动电压。

16.根据权利要求14所述的发光二极管的驱动电路，其中当该串电压小于该参考电压时，该电源转换器即降低该驱动电压。

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